Introduzione alla programmazione in Python: Parte I

corso tenuto da:

Francesco Grigoli

organizzato da:Associazione Next

Studio Mirabilia

con la collaborazione di:ANFE, Sportello multifunzionale di Bagheria

SommarioIntroduzione

Variabili

Contenitori

Controllo del flusso

Funzioni

Input e Output

Moduli

Introduzione all'OOP

Applicazioni al calcolo scientifico

Cosa è Python?Python è un linguaggio di programmazione multiparadigma di altissimo livello. A differenza di linguaggi più tradizionali (ad.es C/C++, Fortran) è un linguaggio interpretato. Python è largamente utilizzato in differenti campi di applicazione:

Calcolo scientifico

Sviluppo software web (ad es. You Tube)

Sviluppo applicazioni per Smartphone

Gestione dei sistemi Unix

Sviluppo interfacce grafiche (GUI)

Perchè Python?Negli ultimi anni la popolarità di Python è cresciuta enormemente. Le ragioni di questo grande successo sono dovute ai seguenti fattori:

Sintassi semplice (Facilità di apprendimento)

Grandissimo numero di librerie disponibili (Velocità di sviluppo)

Mancanza del processo di compilazione e linkage, (Non servono makefiles)

Minimalismo (Meno righe di codice = Meno errori)

Grande portabilità (indipendenza dalla piattaforma utilizzata)

Caratteristiche di Python

● “Linguaggio ad altissimo livello”● Sintassi semplice● Tipizzazione dinamica● Object-oriented, multiparadigma● Garbage collection

Differenti applicazioni - Differenti strumenti

Calcolo numerico

Gestione dei dati

Text processing

Visualizzazione

Gestione dei file

Controllo dei processi

Fortran C/C++

Shell

Awk +Grep

Python

Esempio di codice

import urllib, os

# Indirizzo Web

url =“http://www.geo.uni-potsdam.de/institutsmitglieder.html”

# Accede alla pagina web

page = urllib.urlopen( url ).read()

# Ricerca all'interno della pagina

if page.find(“Grigoli”) != -1:

# Manda un messaggio a tutti i pc connessi in rete

wall = os.popen(“wall”, “w” )

wall.write(“Presente!!!”)

Uso della shell interattiva di Python

Python può essere utilizzato in modo interattivo !!!

> python

Python 2.5.1 ...

>>> 1+1

2

>>> print "1 + 1 =", _

1 + 1 = 2

Python come calcolatrice

>>> from math import * # per importare le funzioni matematiche di base

>>> sin(pi/2.0)

1.0

La divisione per interi restituisce floor():

>>> 5/2

2

Casting delle variabili:

>>> 5.0/2

2.5

>>> 5/2.0

2.5

Variabili

Variabili

Una variabile è creata semplicemente assegnando ad essa un valore:

>>> raggio_terra = 6.371e6

>>> print raggio_terra * 2.

12742000.0

Nota:Tecnicamente, invece di assegnare un numero ad una variabile, il termine raggio_terra è qui legato ad un numero immutabile. Questa è una sottile differenza con gli altri linguaggi e ritorneremo su questo argomento dopo!

Tipi di variabili

Una variabile può essere di tipo differente:

Intera (integer)

Reale (float)

Complessa (complex)

Carattere (character)

Stringa (string)

Stringhe

Le stringhe sono definite da virgolette singole o doppie :

>>> print ’Ciao’

Ciao

>>> print “Ciao”

Ciao

Numeri complessiI numeri complessi sono definiti intrinsecamente all'interno del linguaggio:

>>> 1j**2

(-1+0j)

>>> a = (3+4j)

>>> a.real

3.0

>>> a.imag

4.0

>>> abs(a)

5.0

Stringhe

Le sequenze di escape sono uguali a quelle degli altri linguaggi:

>>> print ’\’\’’

’’

>>> print ’X\nX’

X

X

>>> print ’\\’

\

Stringhe: operazioni di base

Concatenazione:

>>> ’sp’ + ’am’

’spam’

>>> ’spam’ * 10

’spamspamspamspamspamspamspamspamspamspam'

Operazioni di base

Sottostringhe e slicing:

>>> cibo = ’bratwurst’

>>> cibo[0]

’b’

>>> cibo[0:1]

’b’ # differente rispetto ad altri linguaggi!

>>> cibo[1:4]

’rat’

>>> cibo[-5:]

’wurst’

Lunghezza della stringa

Usa len (stringa) per restituire la lunghezza di una stringa:

>>> len(’bratwurst’)

9

B r a t w u r s t0 1 2 3 4 5 6 7 8

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

Stringhe (e numeri) sono immutabili

Le stringhe in Python non possono essere cambiate!

>>> cibo = ’bratwurst’

>>> cibo[0:4] = ’curry’ # impossibile

Traceback (most recent call last):

File "<stdin>", line 1, in ?

TypeError: object doesn’t support slice assignment

Ma, creare una nuova stringa é facile ed efficiente:

>>> cibo = ’bratwurst’

>>> cibo = ’curry’ + cibo[-5:]

>>> print cibo

currywurst

Stringhe: metodi

Le stringhe sono oggetti con molti utili metodi:

>>> cibo = ’bratwurst’

>>> cibo.find( ’wurst’ ) # cerca una sottostringa

4

>>> cibo = ’ bratwurst ’

>>> cibo.lstrip() # rimuove lo spazio iniziale

’bratwurst ’

>>> cibo.strip() # rimove lo spazio all'inizio e alla fine

’bratwurst’

Ulteriori metodi

>>> ’Pollo Tandoori Indiano’.split()

[’Pollo’, ’Tandoori’, ’Indiano’]

>>> ’ o ’.join(["Carne", "Patatine", "Insalata"])

’Carne o Patatine o Insalata’

Ci sono molti altri metodi applicabili alle stringhe. Guardare sempre la documentazione online:

http://docs.python.org/lib/string-methods.html

In C e in Fortran, una variabile si comporta come una scatola contenente un valore:

a = 1;

b = a;

Python, al contrario, ha identificatori (or identifiers), che posso essere legati a oggetti:

a = 1;

b = a;

Variabili vs Identificatori

a

b

1

a

b

1

1

Variabili vs Identificatori

Esempio: aggiungi due numeri

a = 1

b = 2

b = a + b

Diamo un'occhiata, più da vicino, alle operazioni...

Variabili vs Identificatori

(step 1)

a = 1

b = 2

Cominciamo con due identifiers legati da due differenti oggetti numero...

a

b

1

2

Variabili vs Identificatori

(step 2)

a = 1

b = 2

a + b

L'operatore “+” crea un nuovo numero oggetto...

a

b

1

23

Variabili vs Identificatori

(step 3)

a = 1

b = 2

b = a + b

Alla fine, l'identifier b è associato al nuovo numero oggetto. In Python le variabili sono etichette per oggetti, tante etichette possono puntare allo stesso oggetto. (ad es. a, b e c sono etichette che possono essere associate ad uno stesso oggetto numero, per esempio 3).

a

b

1

32

Contenitori

Liste

Una lista viene creata scrivendo tra parentesi [ ]:

>>> Cibi = [ "Cotoletta", "Patatine", "Insalata" ]

Gli elementi di una lista potrebbero di diverso tipo:

>>> print [ ’Uno’, 2, 3.0, Cibi ]

[’Uno’, 2, 3.0, [’Cotoletta’, ’Patatine’, ’Insalata’]]

Lista vuota:

>>> vuota = []

Liste

Le liste, come le stringe, sono delle sequenze, ed hanno molte cose in comune

>>> Cibi = [’Cotoletta’, ’Patatine’, ’Insalata’]

>>> len(Cibi)

3

>>> Cibi[0:2]

[’Cotoletta’, ’Patatine’]

Modificare le liste

Diversamente dalle stringhe (che sono immutabili), le liste sono sequenze mutabili

# Rimpiazza i primi due elementi

>>> Cibi[0:2] = [ "Bratwurst", "Ketchup" ]

>>> print Cibi

[’Bratwurst’, ’Ketchup’, ’Insalata’]

# Rimuove gli ultimi due elementi

>>> Cibi[-2:] = []

>>> print Cibi

[’Bratwurst’]

Modificare le liste

# Inserisce nuovi elementi all'inizio

>>> Cibi[0:0] = [ "Pizza", "Pasta" ]

>>> print Cibi

[’Pizza’, ’Pasta’, ’Bratwurst’]

# ma ...

>>> Cibi[0] = [ "Pizza", "Pasta" ]

>>> print Cibi

[[’Pizza’, ’Pasta’], ’Pasta’, ’Bratwurst’]

Modificare le liste

Attraverso una assegnazione non si copia una lista:

(Gli Identificatori sono puntatori ad oggetti...)

>>> a = [1,2,3,4]

>>> b = a # a e b adesso puntano allo stesso oggetto lista

>>> b[3] = ’sorpresa!’

>>> print a

[1, 2, 3, ’sorpresa!’]

>>> print b

[1, 2, 3, ’sorpresa!’]

Modificare le liste

Con lo slicing si effettua una copia:

>>> a = [1,2,3,4]

>>> b = a[:] # b adesso è una copia “shallow” di a

>>> b[3] = ’sorpresa!’

>>> print a

[1, 2, 3, 4]

>>> print b

[1, 2, 3, ’sorpresa!’]

Usare le liste come stacks (pile)

Una lista usata come una struttura dati di tipo last in, first out :

>>> pila = [3, 4, 5]

>>> pila.append(6)

>>> pila

[3, 4, 5, 6]

>>> pila.pop()

6

>>> pila

[3, 4, 5]

Usare le liste come queues (code)

Una lista usata come una struttura dati first in, first out :

>>> coda = ["Eric", "John", "Michael"]

>>> coda.append("Terry") # Terry è arrivato

>>> coda.append("Graham") # Graham è arrivato

>>> coda.pop(0)

’Eric’

>>> coda.pop(0)

’John’

>>> coda

[’Michael’, ’Terry’, ’Graham’]

Comprensione di lista

Le comprensioni di lista sono usate per creare liste, basate sui valori delle altre liste:

>>> vec = [2, 4, 6]

>>> [3*x for x in vec]

[6, 12, 18]

>>> [3*x for x in vec if x > 3]

[12, 18]

>>> [3*x for x in vec if x < 2]

[]

>>> [[x,x**2] for x in vec]

[[2, 4], [4, 16], [6, 36]]

Metodi delle liste da ricordare

● append(x): Aggiunge x alla fine della lista.

● extend(L): Aggiunge tutti gli elementi della lista L.

● insert(i,x): Inserisce x alla posizione i.

● pop(): Rimuove l'ultimo elemento.

● pop(i): Remuove e restituisce l'elemento alla posizione i.

● remove(x): Rimuove il primo elemento il cui valore è x.

● index(x): Restituisce l'indice del primo elemento il cui valore è x.

● sort(): ordina la lista.

● count(x): Restituisce il numero di volte che appare x.

● Reverse(): Inverte l'ordine degli elementi della lista.

Tuples

● Tuples sono liste immutabili.● Le parentesi tonde creano tuples.● Le parentesi in molti casi si posso omettere.

>>> t = 12345, 54321, ’Ciao!’

>>> t[0]

12345

>>> t

(12345, 54321, ’Ciao!’)

>>> # le Tuples possono essere annidate:

... u = t, (1, 2, 3, 4, 5)

>>> u

((12345, 54321, ’Ciao!’), (1, 2, 3, 4, 5))

Tuples

Si posso creare Tuples da zero o un solo elemento:

>>> empty = ()

>>> singleton = (’Ciao’,) # <-- trailing comma! Importante! Quando la # tuple è composta da un solo elemento la virgola fa capire # all'interprete che è una tuple e non un valore tra parentesi

>>> len(empty)

0

>>> len(singleton)

1

>>> singleton

(’hello’,)

TuplesLe tuples sono spesso usate per passare gruppi di variabili.

Packing e unpacking delle tuples:

>>> t = (1,2,3) # pack

>>> (a,b,c) = t # unpack

>>> print a,b,c

1 2 3

>>> a,b = a*2, b*2 # assegnazione multipla!

>>> b,a = a,b # swapping dei valori!

Si può spacchettare una lista in una tuple:

>>> (a,b,c) = [4,5,6]

>>> print a,b,c

4 5 6

Dizionari

● I dizionari sono usati per salvare coppie chiave-valore.● Le parentesi graffe creano i dizionari.● I contenuti di un dizionario non sono ordinati.● Le chiavi (keys) sono uniche.

>>> colori = {’rosso’: (1, 0, 0),

... ’verde’: (0, 1, 0)}

>>> colori[’rosso’] # visualizzo il valore

(1, 0, 0)

>>> colori[’blu’] = (1, 0, 0) # aggiungo un nuovo elemento

>>> colori

{’blu’: (0, 0, 1), ’verde’: (0, 1, 0),

’rosso’: (1, 0, 0)}

Dizionari

Esistono due modi per testare se un dizionario ha una key specifica:

>>> colori.has_key( ’rosso’ )

True

>>> ’rosso’ in colori

True

Per cancellare un elemento dal dizionario:

>>> del colori[’rosso’]

>>> colori

{’blu’: (0, 0, 1), ’verde’: (0, 1, 0)}

Dizionari

Per costruire un dizionario da una lista di tuples:

>>> dict([(’Palermo’, 091), (’Catania’, 092), (’Messina’, 090)])

{’Catania’: 092, ’Messina’: 090, ’Palermo’: 091}

Controllo del flusso

Script Python Eseguibili

print_args.py :

#! /usr/bin/env python (non è un commento !!!)

import sys

print sys.argv

> python print_args.py 1 2 Ciao

[’print_args.py’, ’1’, ’2’, ’Ciao’]

> chmod +x print_args.py

> ./print_args.py 2 3 Arrivederci

[’./print_args.py’, ’2’, ’3’, ’Arrivederci’]

Indentazione

Python usa l'indentazione per marcare i blocchi di codice!

x = int(raw_input(’Inserisci un intero : ’))

if x < 23:

print ’x è minore di 23’

if x < 5:

print ’e anche minore di 5!’

print ’the value of x is:’, x

Indentazione

● Non mescolare tabulazioni e spazi.● Python cerca l'esatto carattere whitespace nel tuo file

sorgente● L'editor non dice quanti spazi si stanno usando, ma è

importante per Python.● L'editor può essere impostato per utilizzare solo gli

spazi, anche quando si preme TAB.

Istruzione If

x = int(raw_input("Please enter an integer: "))

if x < 0:

x = 0

print ’Negativo, impostato a zero’

elif x == 0:

print ’Zero’

elif x == 1:

print ’Uno’

else:

print ’Maggiore di Uno’

Cosa è true – Cosa è false● Gli interi diversi da zero sono true.

● Zero è false.

● Ogni sequenza con un numero di elementi diverso da zero è true.

● Sequenze vuote sono false.

● True è true mentre False è false.

● None è false.

import sys

file = sys.argv[1:]

if not file: # manca l'argomento della riga di comando

print "Errore l'argomento della riga di comando deve essere un file!."

sys.exit(1)

# Fai qualcosa con il file....

Vediamo fino a che punto possiamo contare su Python:

>>> import time

>>> i = 1

>>> while True:

... i = i * 1000 # equivalente a: i *= 1000

... print repr(i)

... time.sleep(1) # attendi un secondo

1000

1000000

1000000000

1000000000000L # <- conversione di tipo da integer a long integer!

1000000000000000L

# ... continua finchè non esaurisce la memoria disponibile!

Il ciclo While

Il ciclo ForIl ciclo for effettua una iterazione sugli elementi di una qualsiasi sequenza:

menu = [’Cotoletta’, ’Patatine’, ’Gelato’, ’Insalata’]

for cibo in menu:

print cibo

for lettera in ’abc’:

print lettera

Cotoletta

Patatine

Gelato

Insalata

a

b

c

Il ciclo For

Non bisogna cambiare la lista su cui si sta operando!!!

Usa una copia della lista, in caso:

>>> menu = [’Cotoletta’, ’Patatine’]

>>> for cibo in menu[:]:

... menu.append( cibo )

>>> menu

[’Cotoletta’, ’Patatine’, ’Cotoletta’, ’Patatine’]

La funzione RangeRange crea una lista di numeri:

>>> for i in range(4):

... print i, “-->” , 2**i

0--> 1

1 -->2

2--> 4

3--> 8

La funzione range si comporta in maniera simile agli operatori di slicing:

>>> range(4)

[0, 1, 2, 3]

>>> range(3,7)

[3, 4, 5, 6]

>>> range(2,10,2)

[2, 4, 6, 8]

L'istruzione Continue

L'istruzione continue conduce il ciclo direttamente all' iterazione successiva saltando tutto quello che viene dopo:

import sys

files = sys.argv[1:]

for file in files:

if file[-4:] != ’.jpg’: # salta i file che non sono jpeg

continue

# Fai qualcosa con i file jpeg

blablabla(file)

L'istruzione break

L'istruzione break interrompe immediatamente il ciclo:

cibo_desiderato = [ ’Cotoletta’, ’Patatine’ ]

menu = [’Cotoletta’, ’Patatine’, ’Gelato’, ’Insalata’]

ordinazione = []

for cibo in menu:

if cibo in cibo_desiderato:

ordinazione.append( cibo )

if len(ordinazione) == 2:

break # solo due portate, oggi...

print "vorrei ordinare : " + ’ ’.join(ordianzione)

L'istruzione pass

L'istruzione pass non fa niente:

>>> while True:

... pass

…

Questo potrebbe essere usato quando è sintatticamente richiesta una istruzione ma il programma non richiede azione.

Tecniche di looping

Serve per iterare più sequenza simultaneamente:

>>> for a,b in zip([’1’, ’2’], [’3’, ’4’]):

... print a, b

...

1 3

2 4

Tecniche di looping

Serve per numerare gli elementi di una sequenza:

>>> for i, v in enumerate([’tic’, ’tac’, ’toe’]):

... print i, v

...

0 tic

1 tac

2 toe

Looping di dizionari

Efficiente:

>>> scacchi = {“regina”: 9, “torre”: 5, “alfiere”: 3, “cavallo”: 3, “pedone”: 1}

>>> for k, v in scacchi.iteritems():

... print k, v

...

torre 5

regina 9

pedone 1

alfiere 3

cavallo 3

Looping di dizionari# Sorting per chiavi:

keys = scacchi.keys()

keys.sort()

for k in keys:

print k, scacchi[k]

# Sorting per valore:

def by_value(a,b):

return cmp(scacchi[a],scacchi[b])

scacchi = scacchi.keys()

keys.sort(by_value)

for k in keys:

print k, scacchi[k]

Ulteriori letture

● A. B. Downey, Think Python, O'Reilly ● M. Lutz, Learning Python, O'Reilly● W. McKinney, Python for data analysis, O'Reilly● www.numpy.org

Ringraziamenti

Desidero ringraziare Sebastian Heimann per avermi fornito le slides da cui trarre spunto e Lidia Di Blasi per averle tradotte. Ringrazio inoltre Giuseppe Gallo per aver organizzato il corso e il team dello sportello multifunzionale ANFE di Bagheria per aver messo a disposizione i loro locali.

…. Infine, grazie a tutti voi per aver partecipato...